首页 -> 2003年第6期
上帝是机器
作者：凯文．凯利
生物学家们称生命可能是信息，这比起说坚硬物体也是信息来得更符合直觉。当膝盖撞到桌子腿上，我们不会觉得是碰在了信息上。但那正是许多物理学家正在阐述的理论。
物质的本性扑朔迷离，这说法已经不新鲜。科学研究一旦到达飞逝的夸克和介子的层次，世界就不再是实在的了。比起一个基于量子可能性波上的世界，还有什么会更不真实，更神秘？那就是数字物理学。它提出那些奇异的非实在的量子波粒，还有宇宙中的一切，都不过是由1和0组成的。物质世界本身是数字的。
科学家约翰·阿奇博尔德·惠勒(John Archibald Wheeler，首创术语“黑洞”)在八十年代开始这方面研究。他宣称原子归根结底是由或多或少的信息组成。在1989年的一堂课上，他解释道：“物体从比特而来①。每样物体，包括每个粒子、力场，甚至时空连续体本身，都是从非此即彼的选择中得出它的功能，它的意义，它根本的存在。我们所说的现实建立在对一系列是/否问题的最终解析上。”
把物理学看成软件程序的确有些难度，我们不妨来想象一下三个原子：两个氢原子和一个氧原子。透过数字物理学的魔镜来看这三个原子如何组成一个水分子，每一个原子都像在计算与其它原子结合的最佳的角度和距离。氧原子分析所有通向氢原子的路线并作出是/否判断，然后总是选择104.45度的最佳夹角来结合两个氢原子。每一个化学键就是这样计算出来的。
如果这听起来像是虚拟的物理现象，那么你说对了，因为在一个由比特组成的世界里，物理现象等同于虚拟的物理现象。两者在本质上没有区别，只有精确程度上的差别。在电影《黑客帝国》中，虚拟世界效果逼真，人们不知道身处其中。而在一个比特的宇宙中，任何事情都是模拟的。超级的模拟需要一台超级计算机，数字主义的新科学认为宇宙自身就是超级计算机，实际上也是唯一的计算机。它还认为，人类世界中所有的计算，尤其是我们的微型计算机，仅仅是在利用那超级计算机的计算周期。数字思想家们把量子物理学的深奥论断与计算机科学的最新理论结合在一起，把所有的物理现象都理解为一种计算。
从这个角度来看，计算几乎就是一个神学的过程。它基于最初始的是/否判断，最根本的1或0的状态。剥掉外在的一切，去除所有物质的装饰，留下的是最纯粹的存在的状态：此/彼，存在/虚无。在旧约中，摩西问创造者：“你是谁？”神的回答实际上就是：“有。”②一比特。一个万能的比特。有/一/存在。这是世上所能找到的最简单的陈述。
由此看来所有的创造物都是来自这无可再精简的基础。每座山，每颗星，最小的蝾螈或林地扁虱，我们的每个念头，一只球的每次飞行都无非基本的是/否编织起的一张网。如果数字物理学成立的话，运动(f=ma)、能量(E=mc2）、重力、黑物质和反物质，用1/0判断写成的精密程序全都能解释。比特可视为古希腊的“原子”的一个数字版本：物质的最小单位。这些新的数字原子不仅是古希腊人认为的物质的基础，而且还是能量、运动、思维和生命的基础。
沿着这条思路，计算对于基本比特的摆布操纵就是利用一点能量将符号悄然重新排列。其结果是发出信号引起变化——这变化也许就是膝盖感到了擦伤。计算的输入端是能量和信息，输出端是秩序、结构、反熵①。有两点推测让我们领悟到计算的真正威力。其一是"计算可以描述所有事物"。到目前为止，计算机科学家能用基本的计算表达式囊括所有已知的逻辑推理，科学公式，和文学作品。现在，随着数字信号处理的出现，我们能毫发毕现地复制影象、音乐和艺术作品，甚至情感也不例外。麻省理工学院的辛西娅·布雷泽尔(Cynthia Breazeal)、奎北克的查尔斯·盖琳(Charles Guerin)和阿伯特·梅赫拉班(Albert Mehrabian)就分别制造了“命运”和EMIR(智能反应情感模型)，两个可以表现基本感情的系统。
第二项假定是"所有事物都会计算"。我们已经发现几乎任何一种材料都可以用作计算机。人的大脑主要是水，可以计算得很不错。（第一批“计算器”当为手工算出数学用表的书记员们)。木棍和绳子也能充数。1975年，工程师丹尼·希里斯(Danny Hillis)还是一个大学生，他用积木制造了一台数字计算机。2000年，希利斯设计了一台只用钢和钨的数字计算机，它间接地以人力驱动。这台运行缓慢的机器控制着一座预备走上一万年的钟。他没有用水管和水泵造一台计算机，但是他说这也能造得出来。最近，科学家们使用了量子和DNA的细微片段来进行计算。
把前两项假定结合起来，我们就推出第三个全新观点的假设：所有的计算是一体的。
在1937年，阿伦·图灵(Alan Turing)，阿伦索·丘奇尔(Alonso Church)，和埃米尔·波斯特(Emil Post)推导出了计算机的逻辑基础。他们称最基本的循环为有限态机器，这以后成为了所有计算机的基础。根据他们对有限态机器的分析，图灵和丘奇尔证明了一条以他们命名的定理。他们推论在一台有限态机器无限记录磁带上执行的计算(亦称图灵机)，能在任何其他有限态机器无限的磁带上同样执行，无论是什么配置。换句话说，所有的计算是等价的。他们称之为通用计算。
当约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann)和其他人在20世纪50年代启动第一代电子计算机时，他们很快开始把计算定律从数学扩展到自然领域。他们尝试把循环和控制论的定律运用到生态学、文化、家庭、天气和生物系统。他们声称进化与学习都是一种类型的计算。大自然计算过。
如果自然计算过了，为什么不加上全部宇宙？第一个写下宇宙计算机的大胆想法是科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)。在他的1956年的短篇故事“最后的问题”里，人类创造了一台智慧型计算机，它能造出比自己更聪明的计算机。这些机器不断变得更聪明更强大，一直到它们组成了一台占据宇宙的巨型计算机。在每一个发展阶段，人都问机器如何逆转熵，每一次它都回答："数据不足，无法得出答案"。故事的最后，最终的机器容纳了宇宙的全部物质和能量，机器的意识与人类意识融而为一。宇宙计算机终于了解到如何逆转熵并创造一个宇宙。
如此古怪的想法本来就是拿来开玩笑的。道格拉斯·亚当斯(Douglas Adams)在他的《银河系搭车旅行者指南》里就作了幽默的讽刺。在亚当斯的故事里，地球是一台计算机，对“最后的问题”它给的答案是：42。
没有什么人严肃地对待如此荒谬的想法。但是，上帝，或至少宇宙，可能是最终的大规模计算机，这个想法实际上没有大多数想法那么离奇。第一个不耽于奇想不带嘲弄地考虑这个想法的科学家是康拉德·祖斯(Konrad Zuse)，一个不出名的德国人，他在冯·诺伊曼之前十年就构想过可编程的数字计算机。1967年，祖斯描述宇宙是运行在元胞自动机(Cellular Automaton)①之上。与此同时，艾德·弗雷德金(Ed Fredkin)也在考虑同样的想法。弗雷德金身家富裕，靠自学成材，为人固执已见。他与早期计算机科学家交往来研究元胞自动机。在二十世纪六十年代，他开始考虑以计算为基础来解释物理。
直到1970年之前，弗雷德金没有取得多少进展。这时，数学家约翰·康维(John Conway)设计了“生命的游戏”，一个非常强健的新版本的元胞自动机。“生命的游戏”恰如其名，是模仿生物生长和进化的简单的计算模型。弗雷德金开始尝试其他的元胞自动机，看它们能否模仿物理现象。这需要非常大规模的自动机，但是看来自动机扩展得很好，因此他开始想象无比巨大的元胞自动机，能扩大到包括任何事情的自动机。也许宇宙本身仅仅是一个巨大的自动机。
这个比喻弗雷德金越研究越觉得无懈可击。到了八十年代中期，他说“我得出结论，世界上最具体的事情就是信息。”
弗雷德金的许多同事觉得，如果他的观察停留在比喻的层次，即“宇宙表现得好像是一台计算机一样"，他会赢得更多名声。其实，与弗雷德金持某些同样想法的同事马文·明斯基(Marvin Minsky)比他更有名。但弗雷德金不屑于降低调门，坚持认为宇宙就是一大片的元胞自动机，而不仅仅是类似，而且我们看见的和感觉到的任何事情都是信息。
除了弗雷德金以外，许多人看到了以元胞自动机为模型来探索真实世界的优点。早期探索者之一是天才的史蒂芬·沃尔费拉姆(Stephen Wolfram)。在二十世纪八十年代早期，沃尔费拉姆首先系统地研究可能的元胞自动机结构。他编写程序来成千上万次地调节规则，运行，然后目测结果，他了解到什么是可行的。他可以产生出与贝壳、动物皮毛、树叶、海生物类似的图案。他的简单的规则能产生无比复杂的美丽，就像生命一样。沃尔费拉姆与弗雷德金享有同样的灵感：宇宙似乎表现得像一巨大的元胞自动机。
甚至连量子的无限细微的领域也逃不出这种二进制的逻辑。我们描述量子层次的粒子的时候，称之为一种连续不断的可能性的场，这似乎模糊了有/无之间的显著区别。然而一旦得到信息(比如加以测量)，这不确定性就立即消解。那时，所有其他的可能性全部消失，仅仅留下一个有/无的状态。其实，术语“量子”正是指一个模糊的领域不断地变成不连续的增量，也就是精确的是/否状态。
沃尔费拉姆用了多年时间热心地(并秘密地)研究通用计算的观念，同时开了一家公司销售他的畅销软件Mathematica。他深信世界是一台巨大的图灵机，他写了一部1200页的巨著宣扬这个观点，书名谦虚地取为《一种新科学》。他在2002年自费出版了这本书，他在书中用计算的观点重新解释了几乎所有科学领域：“所有的过程，无论是出于人类的努力还是在自然中自发地产生，都能视为计算。”
沃尔费拉姆的关键的进展建立在图灵-丘吉尔假设上，听来更为微妙出众：所有的有限态机器都是等价的。一台计算机能做另外一台能做的任何东西。正因为如此，你的苹果电脑，只要装上合适的软件，就可以假装是台PC个人电脑，或者装上足够的记忆芯片，就能成为一台慢速的超级计算机。沃尔费拉姆还证明了通用计算的结果从计算上来说也是等价的。你的大脑和装满水的杯子是等价的，你的头脑计算一个想法，和宇宙计算水分子的溅落，都需要同样的通用的步骤。
如果像弗雷德金和沃尔费拉姆所说的那样，所有的运动，所有的行为，所有的名词，所有的功能，所有的状态，所有我们看见、听见、测量出的和感觉到的，都是建立在一个普适程序上的各种各样的精致宏伟的大教堂，那么，我们的知识的基础在未来的几十年里会有翻天覆地的改变。为重力、光速，(介子、Higgs波色子、动量和分子作出计算上的解释已经成为了理论物理学的宏伟目标。它将是对物理(数字物理学)，相对论(数字相对论)，进化论(数字进化论和生命)，量子力学，和计算本身的统一解释，在它底部回旋的是通用的元素：是/否数位循环。艾德·弗雷德金一直忙于琢磨他的数字物理学的想法，并且正在完成一本新书《数字力学》。其它人，包括牛津大学理论物理学家戴维·德伊池(David Deutsch)，也正在钻研同样的问题。德伊池想要超出物理，将四根金索编织在一起——认识论，物理，进化论，和量子计算——最后得到研究人员毫不脸红地号称的“大一统理论”。根据量子计算的基本理论，它将吞并所有的其他的理论。
现在任何大的计算机都能模拟一台不同设计的计算机。你可以让戴尔电脑运行Amiga。只要有人愿意，Amiga也可以运行Commodore①。这样嵌套的世界能不断地造下去。想象一下通用计算机可以做什么。如果你有了一台普遍通用的机器，你能把它放在任何地方，包括在其他东西的里面。如果你有了一台宇宙大小的计算机，它能模拟各种递归世界；比如说，它能模拟整个银河系。
如果小小世界让更小的世界在他们之内运行，那么，应该有一个平台来运行他们之中的第一个。如果宇宙是一台计算机，它在哪儿运行呢？弗雷德金说所有这些都发生在“他处”。他处可能是另一个宇宙，另一个向度，另外一些什么。它只是不在这个宇宙，因此他并不怎么在乎它。换句话说，他在赌博。戴维·德伊池有一个不同的理论。他说：“计算的普遍性是宇宙中最深刻的事情。”由于计算绝对独立于它运行其上的“硬件”，因此无法得出那个平台存在与否或它的本质如何。德伊池断言它不存在：“宇宙不是一个在什么上面运行的程序。它是一台通用计算机，在它之外没有任何东西。”
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